基于FPGA的多DSP紅外實時圖像處理系統(tǒng)

1．2．3 與視頻顯示電路接口
顯示電路中選用的數(shù)／模轉換芯片為ADI公司的ADV7122芯片，該芯片為三通道10 b的視頻數(shù)／模轉換芯片。
1．3 四端口存儲器電路設計
四端口存儲器使用IDT公司的IDT70V5388芯片。該芯片為64K×18 b的同步四端口存儲器，4個端口可同時對存儲器的任何地址進行操作，每個端口的最大輸出速率為200 MHz，因此4個端口總的數(shù)據(jù)帶寬為14 Gb／s。
存儲器每個端口都設置有郵箱中斷功能，這一功能能夠很好地實現(xiàn)與各個端口相連器件的相互通信。選擇郵箱中斷功能后，每個端口給分配一個郵箱，當某一端口向其他端口的郵箱寫入數(shù)據(jù)時，該端口將會產(chǎn)生郵箱中斷。PORT1向PORT2的郵箱地址(0xFFFE)進行寫操作，PORT2將產(chǎn)生郵箱中斷，PORT2對該郵箱地址進行讀操作之后清除郵箱中斷。
1．4 DSP電路設計
DSP芯片選用Ti公司的TMS32C6414 EGLZA6E3，其主頻為600 MHz。TMS320C6414是TI公司高性能的定點DSP。該芯片采用超長指令字結構(VLIW)，每個時鐘周期可以執(zhí)行8個32位指令。

2 系統(tǒng)工作流程及軟件設計
系統(tǒng)上電后，DSP1從與其連接的FLASH芯片中讀出非均勻性校正算法所需的系數(shù)，傳送給FPGA，FPGA對圖像進行校正，校正結果寫入四端口RAM，圖像拉伸顯示模塊和數(shù)字圖像記錄模塊。3個DSP可以從四端口RAM中讀取圖像信息，并行進行圖像處理工作。
2．1 非均勻性較正算法設計
非均勻性是指凝視成像探測器在外界同一均勻光學場輸入時各單元輸出的不一致性。焦平面陣列探測器的非均勻性高達10％～30％，因此焦平面探測器在使用時必須進行非均勻性校正。非均勻性校正算法中，兩點校正算法是最常用的算法，該算法的計算量非常小，校正一個點只需1次加運算和1次乘運算，有利用系統(tǒng)實時實現(xiàn)。
兩點校正公式為：V’=GV+O。其中，V為探測器單元的實際輸出值，V’為校正后的值，G為校正增益，O為校正偏移量值。G和O利用測量兩個不同溫度點的探測器響應計算得出，預先存入FLASH芯片中。系統(tǒng)正常工作時，DSP將系數(shù)從FLASH芯片中讀出非均勻性校正算法所需的系數(shù)，用乒乓方式寫入四端口RAM中。每寫完1塊數(shù)據(jù)區(qū)后利用四端口RAM的中斷信號通知FPGA將系數(shù)讀走，F(xiàn)PGA將得到的系數(shù)依次存入SDRAM中。系數(shù)傳送完畢后，F(xiàn)PGA開始接收探測器數(shù)字圖像信息，同時將校正系數(shù)讀出，對原始紅外圖像進行乘加運算。工作流程見圖3。
2．2 圖像拉伸算法設計
圖像拉伸采用自適應直方圖增強算法，表示為如下的映射關系：

式中：yk為增強后圖像的灰度值；Xmax和Xmin為原圖像中像素最大值和最小值；Xk為原圖像的灰度值；a為亮度補償系數(shù)，取值為0～1之間，當取0時，即是通常的拉伸算法。